2.1+2.2 温标+膨胀与压力式温度计

温度是确定物质状态的最重要参数之一1输电线路测温实验室温度监控冶金温度测量火箭羽焰温度测量2温度传感器

在物理学发展的道路上，测量永远是唯一的可以依赖的向导，物理科学大厦是以测量为基础的。

——普朗克2温度传感器2.1

温标及测温方法2.2膨胀与压力式温度计2.3电阻式温度传感器2.4热电偶传感器2.5

辐射式温度传感器2.6其它测温传感器2023/9/2222.1温标与测温方法一、基本概念温度宏观上，表征物体冷热程度的物理量；温标衡量温度高低、表示温度数值的一套规则。微观上，表征物体内部分子无规则运动的剧烈程度。建立现代温标必具备的条件：固定的温度点（基准点）测温仪器温标方程（内插公式）2023/9/223热平衡两个冷热程度不同的物体相接触后会产生热交换，热交换结束后两物体处于热平衡状态，此时它们的温度相同温标经验温标热力学温标理想气体温标国际实用温标由特定的测温质和测温量确定的温标。华氏温标摄氏温标由热力学第二定律确定的温标。特点：与选用的测温介质的性质无关，克服了经验温标随测温介质而变的缺陷由玻意耳—马略特定律（理想气体状态方程）确定的温标。2023/9/224摄氏温度和华氏温度的关系：

这是一种协议温标，用来统一各国之间的温度计量。具备的条件：①尽可能的接近热力学（开氏）温度；②复现精度高，各国均能以很高的精度复现同样的温标；③用于复现温标的标准温度计使用方便、性能稳定。发展：第一个国际温标是1927年国际计量大会决定采用的，“1927国际温标”,后来又不断改进修订，相继有1948国际温标、1968国际实用温标和1990国际实用温标。国际实用温标2023/9/225目前推行的是1990年国际实用温标ITS-90：

热力学温度用符号T90表示，单位为开尔文，符号为K。摄氏温度的符号为t90，单位是摄氏度，符号为℃。温标的传递2023/9/226在国际温标ITS-90中，对温度范围作了规定：把整个温标分成4个温区，各个温区的范围、使用的标准测温仪器分别为：a)0.65～5.0K，用3He或4He蒸气压温度计；b)3.0～24.5561K，用3He或4He定容气体温度计；c)13.803K～961.78℃，用铂电阻温度计；d)961.78℃以上，用光学或光电高温计；利用物体的某一物理性质（物理性质随温度变化的特性）将其作成温度敏感元件，通过温度敏感元件与被测对象的热交换，测量相关的物理量，即可间接的获取被测对象的温度值。温度测量原理2023/9/2271.接触式测量

测温元件直接与被测对象相接触，主要依靠传导和对流进行热交换，当传热量相等时，二者温度相等。

优点：

测温精度相对较高；直观可靠；测温仪表结构相对简单、价格相对较低缺点：响应慢

感温元件影响被测温度场的分布；接触不良会带来测温误差；具有腐蚀性或温度太高的被测介质对感温元件性能和

寿命会产生不利影响；不适合测量运动物体。

典型类型：热电偶、热电阻、热膨胀式、集成温度传感器2023/9/228二、测温方法的分类2.非接触式测量感温元件不与被测对象直接接触，而是通过接受被测物体的某个与温度相关的特征量实现温度测量的方法。优点：

不改变被测物体的温度场分布；具有较高的测温上限；

热惯性小，便于测量运动物体的温度及快速变化的温度。典型类型：电涡流式、辐射式、超声波式2023/9/229接触式与非接触式测温特点比较方式

接触式

非接触式（辐射法）

测量条件

感温元件要与被测对象良好接触；感温元件的加入几乎不改变对象的温度；被测温度不超过感温元件能承受的上限温度;被测对象不对感温元件产生腐蚀

需准确知道被测对象表面发射率；被测对象的辐射能充分照射到检测元件上

测量范围

特别适合1200℃以下、热容大、无腐蚀性对象的连续在线测温，对高于l300℃以上的温度测量较困难原理上测量范围可以从超低温到极高温，但1000℃以下，测量误差大，能测运动物体和热容小的物体温度

精度

工业用表通常为1.0、0.5、0.2及0.1级，实验室用表可达0.01级通常为1.0、1.5、2.5级

响应速度相对较慢，大多在1秒以上快，通常不高于1秒钟

其它特点

整个测温系统结构简单、体积小、可靠、维护方便、价格低廉，仪表读数直接反映被测物体实际温度；可方便地组成多路集中测量与控制系统

整个测温系统结构复杂、体积大、调整麻烦、价格昂贵；仪表读数通常只反映被测物体表现温度(需进一步转换)；不易组成测温、控温一体化的温度控制装置2023/9/2210表2.1.2常用测温方法、类型及特点测温方式传感器类型测量范围/℃特点接触式热膨胀式水银-38~350简单方便，易损坏(水银污染)双金属-80~600结构紧凑，牢固可靠压力液体-40~200耐振，坚固，价格低廉气体-120~550蒸汽50~200热电阻铂-260~960准确度及灵敏度均较好，需注意环境温度影响铜-50~150热敏电阻-50~350体积小，响应快，灵敏度高，线性差，注意环境温度影响热电偶国际通用的包含B、E、J、K、N、R、S、T八个系列，如B：铂铑30—铂铑6等-270~1800，特殊类型的上限可超过3000种类多，适应性强，结构简单，经济方便，应用广泛；自发电型传感器，测量时可以不需外加电源，可直接驱动动圈式仪表；测温范围广非接触式光学高温计700~3200非接触测温，不干扰被测温场辐射影响小，应用简便；响应快，测温范围大，大多易受外界干扰，标定困难，准确度略低热探测器-50~3200光子（电）探测器0~3500其它示温涂料单/多变色可逆/不可逆示温涂料60~1300用颜色或其他现象变化来指示物体表面温度及温度分布，可用于示温报警或美化生活等物理现象

体积热膨胀

电阻变化热电效应导磁率变化电容变化压电效应超声波传播速度变化物质颜色P–N结电动势晶体管特性变化可控硅动作特性变化热、光辐射种类铜/铂热电阻、热敏电阻热电偶BaSrTiO3陶瓷石英晶体振动器超声波温度计示温涂料液晶半导体二极管晶体管半导体集成电路温度传感器可控硅辐射温度传感器光学高温计1.气体温度计 2.玻璃制水银温度计3.玻璃制有机液体温度计4.双金属温度计5.液体压力温度计6.气体压力温度计1．

热铁氧体2．

Fe-Ni-Cu合金三、测温仪器的分类

按照温度测量范围，可分为超低温、低温、中高温和超高温温度测量。超低温一般是指0～10K，低温指10～800K，中温指800～1900K，高温指1900～2800K的温度，2800K以上被认为是超高温。注意2023/9/22132.2膨胀与压力式温度计一、膨胀式温度计利用物质热胀冷缩现象，通过测量物质膨胀或收缩量来反映被测温度的温度计液体膨胀式温度计

利用液体的热胀冷缩现象典型应用：玻璃管温度计玻璃管温度计是由液体储囊，毛细管，刻度标尺和膨胀室四部分组成。1-液体储囊

2-毛细管

3-刻度标尺

4-膨胀室2023/9/2214玻璃管液体温度计的特点：优点：测量准确、读数直观、结构简单、价格低廉，使用方便缺点：易碎、不能远传信号和自动记录等2023/9/2215按照基本结构形式不同，玻璃液体温度计可分为：棒式、内标式、外标式根据所填充的工作液体不同，可分为水银温度计和有机液体温度计两类。玻璃管液体温度计的分类：水银温度计不粘玻璃，不易氧化，容易获得较高精度，在相当大的范围内（－38～356℃）保持液态，在200℃以下，其膨胀系数几乎和温度呈线性关系，所以可作为精密的标准温度计。固体膨胀式温度计：应用固体线膨胀原理测温典型应用：双金属片温度计。原理：利用线膨胀系数差别较大的两种金属材料制成双层片状元件，在温度变化时因弯曲变形而使其另一端有明显位移，借此带动指针在温度刻度盘上移动。应用2023/9/2216双金属温度计二、压力式温度计根据封闭系统的液体或气体受热后压力变化的原理1-温包；2-毛细导管；3-压力计根据工作物质的不同，可分